RU2164661C1 - Intertubular multi-channel profilometer - Google Patents
Intertubular multi-channel profilometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2164661C1 RU2164661C1 RU2000116904A RU2000116904A RU2164661C1 RU 2164661 C1 RU2164661 C1 RU 2164661C1 RU 2000116904 A RU2000116904 A RU 2000116904A RU 2000116904 A RU2000116904 A RU 2000116904A RU 2164661 C1 RU2164661 C1 RU 2164661C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- lever
- profiler
- levers
- sensitive
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для внутритрубного неразрушающего контроля трубопроводов, а именно для контроля профиля полости уложенных магистральных нефтегазопродуктопроводов путем пропуска внутри контролируемого трубопровода корпуса с установленными на корпусе средствами измерения дефектов полости трубопровода, средствами обработки и хранения данных измерений, продвигающегося внутри трубопровода за счет транспортируемого по трубопроводу потока жидкости (газа). The invention relates to a device for in-pipe non-destructive testing of pipelines, namely, to control the cavity profile of laid oil and gas pipelines by passing inside the controlled pipeline of the housing with means for measuring defects in the cavity of the pipeline installed on the housing, means for processing and storing measurement data moving inside the pipeline due to transported through the pipeline fluid flow (gas).
Известно устройство для выявления деформированных участков труб и трубопроводов (одноканальный профилемер), описанное в а.с. СССР SU 1768941, МПК: G 01 B 7/12, дата публикации 15.10.92. A device for detecting deformed sections of pipes and pipelines (single-channel profiler) described in A.S. USSR SU 1768941, IPC: G 01 B 7/12,
Устройство включает в себя корпус для пропуска внутри контролируемого трубопровода, установленные на корпусе средства измерений, обработки и хранения данных измерений, множество чувствительных рычагов, установленных на корпусе вокруг главной оси корпуса, прижимаемых пружинами к внутренней поверхности трубопровода и скользящих по указанной поверхности. The device includes a housing for passing inside the monitored pipeline, means for measuring, processing and storing measurement data mounted on the housing, a plurality of sensitive levers mounted on the housing around the main axis of the housing, pressed by springs to the inner surface of the pipeline and sliding along the specified surface.
Рычаги кинематически связаны с двумя дисками, которые в свою очередь кинематически связаны с датчиками взаимного перемещения дисков. Отклонение любого из чувствительных рычагов приводит к изменению расстояния между дисками, которое измеряется с помощью реостатных датчиков. Измеряя расстояние между дисками, определяют наличие деформации в сечении трубопровода. The levers are kinematically connected with two disks, which in turn are kinematically connected with sensors of mutual displacement of the disks. The deviation of any of the sensitive levers leads to a change in the distance between the disks, which is measured using rheostat sensors. Measuring the distance between the disks, determine the presence of deformation in the cross section of the pipeline.
Однако в результате многократных поворотов контакты реостатных датчиков меняют свойства, особенно при использовании в агрессивной среде, в результате чего показания датчиков становятся нестабильными; по данным о расстоянии между дисками не может быть определена ориентация дефекта в сечении трубопровода, и не может быть идентифицировано различие между деформацией трубы и наличием, например, вваренного в трубу предмета. However, as a result of repeated turns, the contacts of the rheostatic sensors change their properties, especially when used in an aggressive environment, as a result of which the sensor readings become unstable; from the data on the distance between the disks, the orientation of the defect in the cross section of the pipeline cannot be determined, and the difference between the deformation of the pipe and the presence of, for example, an object welded into the pipe cannot be identified.
Известно устройство для точного измерения формы цилиндрической поверхности (многоканальный профилемер), описанное в патенте США US 4186494, МПК: G 01 B 7/12, дата публикации 05.02.80 (патентные документы - аналоги: DE 2810552, FR 2383426, GB 1585443), а также устройство для измерения внутренних размеров труб, описанное в патенте США US 5299359, МПК: G 01 B 7/12, дата публикации 05.04.94 (патентный документ - аналог: EP 0307383). A device for accurately measuring the shape of a cylindrical surface (multichannel profilometer) is described in US patent US 4186494, IPC: G 01 B 7/12, publication date 05.02.80 (patent documents - analogues: DE 2810552, FR 2383426, GB 1585443), and also a device for measuring the internal dimensions of pipes described in US patent US 5299359, IPC: G 01 B 7/12, publication date 04/05/94 (patent document - analogue: EP 0307383).
Устройство включает в себя корпус с установленными на нем манжетами для пропуска внутри контролируемого трубопровода, установленные на корпусе средства измерений, множество чувствительных рычагов, установленных на корпусе по его периметру вокруг главной оси трубопровода, прижимаемых пружинами к внутренней поверхности трубопровода и скользящих по указанной поверхности. Каждый из чувствительных рычагов кинематически связан с соответствующим ему датчиком перемещения. Сигналы с датчиков перемещения, соответствующие изменению положения чувствительных рычагов, обрабатываются средствами обработки, установленными в корпусе профилемера и передаются на средства хранения данных, находящиеся вне корпуса профилемера. Датчик перемещения включает в себя активные токовые обмотки, внутри которых при повороте чувствительных рычагов перемещается ферромагнитное тело. The device includes a housing with cuffs installed on it for passing inside the controlled pipeline, measuring instruments mounted on the housing, a plurality of sensitive levers mounted on the housing along its perimeter around the main axis of the pipeline, pressed by springs to the inner surface of the pipeline and sliding along the specified surface. Each of the sensitive levers is kinematically connected with its corresponding displacement sensor. The signals from the displacement sensors corresponding to the change in the position of the sensitive levers are processed by the processing tools installed in the profiler housing and transferred to data storage means outside the profiler housing. The displacement sensor includes active current windings inside which, when the sensitive levers are turned, a ferromagnetic body moves.
Необходимость связи профилемера со средствами хранения измеренных данных ограничивает длину трубопровода, которая может быть проконтролирована и делает невозможным внутритрубный контроль магистральных трубопроводов. The need to connect the profiler with the means for storing the measured data limits the length of the pipeline, which can be monitored and makes it impossible for in-line monitoring of the main pipelines.
Токовые обмотки датчиков перемещения характеризуются значительным энергопотреблением в сравнении с энергопотреблением электронной аппаратуры профилемера. В условиях автономной работы профилемера при отсутствии связи с внешним источником энергии энергопотребление аппаратуры ограничивает максимальную длину трубопровода, которая может быть проконтролирована с автономным источником энергии заданной емкости. Current windings of displacement sensors are characterized by significant energy consumption in comparison with the energy consumption of electronic equipment of the profiler. In the conditions of autonomous operation of the profiler in the absence of communication with an external energy source, the energy consumption of the equipment limits the maximum length of the pipeline, which can be controlled with an autonomous energy source of a given capacity.
Зазоры между рычагами превышают ширину рычагов в месте контакта рычагов с внутренней поверхностью трубопровода в его сечении, в результате чего многие локальные дефекты, размер которых в плоскости сечения трубы меньше величины зазора между рычагами, не регистрируются. The gaps between the levers exceed the width of the levers at the point of contact of the levers with the inner surface of the pipeline in its section, as a result of which many local defects, the size of which in the plane of the pipe section is smaller than the gap between the levers, are not recorded.
Известен многоканальный профилемер для внутритрубного контроля деформаций трубопроводов, описанный в патенте США US 4342225, МПК: G 01 B 5/28, дата публикации 03.08.82 (патентный документ - аналог: CS 209709). Known multichannel profilometer for in-line pipe deformation control, described in US patent US 4342225, IPC: G 01 B 5/28, publication date 03.08.82 (patent document - analogue: CS 209709).
Устройство включает в себя: корпус с установленными на нем манжетами для пропуска внутри контролируемого трубопровода, установленные на корпусе средства измерений и хранения данных измерений, множество чувствительных рычагов, установленных на корпусе вокруг главной оси корпуса, каждый из которых кинематически связан с соответствующим ему резистивным датчиком угла поворота. The device includes: a housing with cuffs installed on it for passage inside the controlled pipeline, means for measuring and storing measurement data mounted on the housing, a plurality of sensitive levers mounted on the housing around the main axis of the housing, each of which is kinematically connected to its corresponding resistive angle sensor turning.
Указанные чувствительные рычаги опираются на внутреннюю поверхность установленной на корпусе манжеты, внешняя поверхность которой прижимается к внутренней поверхности трубопровода. These sensitive levers rest on the inner surface of the cuff mounted on the casing, the outer surface of which is pressed against the inner surface of the pipeline.
Манжета позволяет избежать ударных нагрузок на чувствительные рычаги, однако отклонение одного из рычагов из-за наличия локального выступа на внутренней поверхности трубопровода приводит к отклонению в меньшей степени соседних рычагов из-за изгиба края манжеты. Это не позволяет идентифицировать локальные дефекты трубы, инородные тела, например сварные электроды, фрагменты поврежденных подкладных колец, элементы отводов, вантузов. The cuff avoids shock loads on sensitive levers, however, the deviation of one of the levers due to the presence of a local protrusion on the inner surface of the pipeline leads to a deviation to a lesser extent of adjacent levers due to the bending of the edge of the cuff. This does not allow to identify local pipe defects, foreign bodies, for example, welded electrodes, fragments of damaged underlay rings, bend elements, plungers.
Каждый из чувствительных рычагов кинематически связан с соответствующим ему реостатным датчиком. В результате многократных поворотов контакты реостатов меняют свойства, особенно при использовании в агрессивной среде, в результате чего показания датчиков становятся нестабильными. Each of the sensitive levers is kinematically connected with its corresponding rheostatic sensor. As a result of repeated turns, the contacts of the rheostats change their properties, especially when used in an aggressive environment, as a result of which the sensor readings become unstable.
Известен внутритрубный обнаружитель утечек для контроля трубопроводов на целостность (шестиканальный), описанный в патенте США US 3974680, МПК: G 01 M 3/00, дата публикации 17.08.76 (патентные документы - аналоги: CA 1055138, DE 2622600, FR 2312726, GB 1547301, IT 1061312, JP 1144689, NL 7605706). Known in-line leak detector for monitoring pipelines for integrity (six-channel), described in US patent US 3974680, IPC: G 01 M 3/00, publication date 17.08.76 (patent documents - analogues: CA 1055138, DE 2622600, FR 2312726, GB 1547301, IT 1061312, JP 1144689, NL 7605706).
Устройство включает в себя корпус для пропуска внутри контролируемого трубопровода. На корпусе установлены средства измерений и хранения данных измерений. Корпус состоит из двух подвижно соединенных секций, на каждой из секций корпуса установлены по две манжеты. На второй секции в направлении от носовой части корпуса вокруг главной оси указанной секции корпуса установлено множество рычагов, чувствительных к неровностям поверхности трубы, таким как сварные швы, прижимаемых пружинами к внутренней поверхности трубопровода. The device includes a housing for passing inside the controlled pipeline. Measurement and storage of measurement data are installed on the case. The casing consists of two movably connected sections; two cuffs are installed on each of the casing sections. In the second section, in the direction from the bow of the body around the main axis of the specified section of the body, a plurality of levers are mounted that are sensitive to irregularities in the surface of the pipe, such as welds, pressed by springs to the inner surface of the pipe.
В теле рычагов установлены магниты. На корпусе вокруг его главной оси установлено множество датчиков, чувствительных к магнитному полю вблизи рычагов, так что каждый датчик чувствителен к изменению положения соответствующего ему чувствительного рычага. Пространство между магнитом рычага и датчиком магнитного поля может заполняться средой, транспортируемой по трубопроводу в процессе контроля. Magnets are mounted in the body of the levers. A plurality of sensors sensitive to a magnetic field near the levers are mounted on the housing around its main axis, so that each sensor is sensitive to a change in the position of its corresponding sensitive lever. The space between the lever magnet and the magnetic field sensor can be filled with the medium transported through the pipeline during the control process.
Описанная система характеризуется сильной нелинейностью магнитного поля в области датчика магнитного поля в зависимости от расстояния между магнитом и датчиком магнитного поля. Показания датчика магнитного поля зависят от транспортируемой внутри трубопровода среды, в частности при перекачке загрязненной жидкости или при перемешивании в транспортируемой нефти сдираемых манжетами со стенок трубы парафинов, которые, как правило, содержат мусор. Попадание в указанное пространство железосодержащего мусора вместе с транспортируемой средой делает невозможным выполнение корректных измерений. The described system is characterized by a strong nonlinearity of the magnetic field in the region of the magnetic field sensor, depending on the distance between the magnet and the magnetic field sensor. The readings of the magnetic field sensor depend on the medium transported inside the pipeline, in particular during the pumping of contaminated liquid or when mixing in the transported oil peeled off cuffs from the pipe walls of paraffins, which usually contain garbage. The ingress of iron-containing debris into the indicated space together with the transported medium makes it impossible to perform correct measurements.
Известно устройство для контроля внутренней геометрии (многоканальный профилемер), описанное в патенте США US 4443948, МПК: G 01 B 7/12, дата публикации 24.04.84 (патентные документы - аналоги: AU 530003, AU 7598181, CA 1166002, DE 3174184D, EP 0051912, GB 2088059, JP 57088310, NO 157313B, NO 157313C, NO 812763, ZA 8105628). A device for controlling internal geometry (multichannel profiler) is described in US Pat. No. 4,443,948, IPC: G 01 B 7/12, publication date 04/24/84 (patent documents - analogues: AU 530003, AU 7598181, CA 1166002, DE 3174184D, EP 0051912, GB 2088059, JP 57088310, NO 157313B, NO 157313C, NO 812763, ZA 8105628).
В одном из описанных предпочтительных исполнений устройство включает в себя корпус для пропуска внутри контролируемого трубопровода, средства измерений и хранения данных измерений, пояс чувствительных рычагов, установленных на корпусе профилемера по его периметру вокруг главной оси трубопровода, прижимаемых пружинами к внутренней поверхности трубопровода и скользящих по указанной поверхности, на корпусе установлены две манжеты по разные стороны от пояса чувствительных рычагов. In one of the described preferred embodiments, the device includes a housing for passing inside the controlled pipeline, measuring instruments and storing measurement data, a belt of sensitive levers mounted on the profiler housing along its perimeter around the main axis of the pipeline, pressed by springs to the inner surface of the pipeline and sliding along the specified surface, two cuffs are installed on the case on opposite sides of the belt of sensitive levers.
В другом предпочтительном исполнении устройство включает в себя корпус для пропуска внутри контролируемого трубопровода, средства измерений и хранения данных измерений. Корпус состоит из двух подвижно связанных между собой секций. На первой секции в направлении от носовой части корпуса установлен пояс чувствительных рычагов вокруг главной оси первой секции, прижимаемых пружинами к внутренней поверхности трубопровода и скользящих по указанной поверхности. На первой секции установлены две манжеты по разные стороны от пояса чувствительных рычагов. In another preferred embodiment, the device includes a housing for passing inside the controlled pipeline, measuring instruments and storing measurement data. The housing consists of two sections movably interconnected. On the first section, in the direction from the bow of the body, a belt of sensitive levers is installed around the main axis of the first section, pressed by springs to the inner surface of the pipeline and sliding along the specified surface. The first section has two cuffs on opposite sides of the belt of sensitive levers.
На второй секции установлены три пояса чувствительных рычагов вокруг главной оси второй секции, прижимаемых пружинами к внутренней поверхности трубопровода и скользящих по указанной поверхности. The second section has three belts of sensitive levers around the main axis of the second section, pressed by springs to the inner surface of the pipeline and sliding along the specified surface.
В обоих предпочтительных исполнениях чувствительный рычаг включает в себя чувствительную к магнитному полю катушку и является элементом датчика угла поворота индукционного типа, включающего в себя источник переменного магнитного поля. Пространство вокруг чувствительной катушки может заполняться транспортируемой по трубопроводу средой. In both preferred embodiments, the sensitive arm includes a coil sensitive to a magnetic field and is an element of an angle-of-rotation angle sensor including an alternating magnetic field source. The space around the sensing coil can be filled with piped medium.
Источник переменного магнитного поля имеет большую потребляемую мощность в сравнении с мощностью, потребляемой электронными средствами измерения и хранения данных. В условиях ограниченной емкости источника питания и большого числа измерительных каналов (соответственно большого числа датчиков угла поворота) это ограничивает максимальную длину магистрального трубопровода, которая может быть обследована за один диагностический пропуск. A source of alternating magnetic field has a large power consumption in comparison with the power consumed by electronic means of measuring and storing data. In conditions of limited capacity of the power source and a large number of measuring channels (respectively, a large number of angle sensors), this limits the maximum length of the main pipeline, which can be examined in one diagnostic pass.
Показания датчика зависят от транспортируемой внутри трубопровода среды, в частности, при перекачке загрязненной жидкости или при перемешивании в транспортируемой нефти сдираемых манжетами со стенок трубы парафинов, которые, как правило, содержат мусор. Попадание в область чувствительной к магнитному полю катушки в рычаге железосодержащего мусора вместе с транспортируемой средой приводит к искажению электромагнитного поля и соответственно искажению результатов измерений изменения поля, вызванного поворотом чувствительного рычага. The sensor readings depend on the medium transported inside the pipeline, in particular, when pumping contaminated liquid or when stirring in the transported oil peeled off cuffs from the pipe walls of paraffins, which usually contain garbage. If the coil in the arm of the iron-containing debris enters the region of the magnetic field sensitive together with the transported medium, it leads to a distortion of the electromagnetic field and, accordingly, to a distortion of the measurement results of the field change caused by the rotation of the sensitive lever.
Прототипом заявленного изобретения является устройство для контроля трубопроводов (многоканальный профилемер), описанное в Международной заявке WO 96/13699, МПК: G 01 B 7/28, дата публикации 09.05.96. The prototype of the claimed invention is a device for monitoring pipelines (multichannel profiler) described in International application WO 96/13699, IPC: G 01 B 7/28, publication date 09/05/96.
Устройство включает в себя корпус для пропуска внутри трубопровода, пояс чувствительных рычагов, установленных на корпусе по периметру вокруг главной оси трубопровода и прижимаемых к внутренней поверхности трубопровода, на корпусе профилемера установлены средства измерений, обработки и хранения получаемых данных измерений. The device includes a housing for skipping inside the pipeline, a belt of sensitive levers mounted on the housing around the perimeter around the main axis of the pipeline and pressed against the inner surface of the pipeline, measuring instruments are installed on the profiler housing, processing and storage of the obtained measurement data.
На корпусе установлен пояс датчиков угла поворота, установленных по периметру корпуса вокруг главной оси трубопровода, каждый из чувствительных рычагов кинематически связан с соответствующим ему датчиком угла поворота. A belt of rotation angle sensors installed around the perimeter of the housing around the main axis of the pipeline is installed on the housing; each of the sensitive levers is kinematically connected to its corresponding rotation angle sensor.
Датчик угла поворота включает в себя однооборотный потенциометр с пластиковым проводящим элементом. The angle sensor includes a single-turn potentiometer with a plastic conductive element.
В результате многократных поворотов потенциометра контакты меняют свойства, особенно в результате использования в агрессивной жидкости или газожидкостной смеси, в результате чего показания датчика становятся нестабильными. As a result of repeated turns of the potentiometer, the contacts change their properties, especially as a result of use in an aggressive liquid or gas-liquid mixture, as a result of which the sensor readings become unstable.
Зазоры между рычагами превышают ширину рычагов в месте контакта рычагов с внутренней поверхностью трубопровода, в результате чего многие локальные дефекты, размер которых в плоскости сечения трубопровода меньше величины зазора между рычагами, не регистрируются. The gaps between the levers exceed the width of the levers at the point of contact of the levers with the inner surface of the pipeline, as a result of which many local defects, the size of which in the plane of the cross section of the pipeline is less than the gap between the levers, are not recorded.
Заявлен внутритрубный профилемер для контроля профиля полости трубопровода, включающий корпус для пропуска внутри трубопровода, пояс чувствительных рычагов, установленных на корпусе по периметру вокруг главной оси трубопровода и прижимаемых к внутренней поверхности трубопровода, с регулярными промежутками между чувствительными рычагами, на корпусе профилемера установлены средства измерений, обработки и хранения получаемых данных измерений, источник питания, подключенный к средствам измерений, обработки и хранения данных, каждый из чувствительных рычагов кинематически связан с датчиком угла поворота. An in-line profiler for controlling the profile of the cavity of the pipeline is claimed, including a housing for passing inside the pipeline, a belt of sensitive levers mounted on the perimeter around the main axis of the pipeline and pressed against the inner surface of the pipeline, with regular gaps between the sensitive levers, measuring instruments are installed on the profiler housing, processing and storage of the obtained measurement data, a power source connected to the measuring instruments, processing and storage of data, each sensing levers kinematically linked to the steering angle sensor.
В отличие от прототипа датчик угла поворота выполнен в герметичном корпусе и включает в себя пару постоянных магнитов и датчик Холла, расположенный в зазоре между указанными магнитами, датчик Холла включает в себя полупроводниковый элемент Холла и подключенные к нему электрические выводы, являющиеся входами и выходами датчика Холла, пара магнитов кинематически связана с чувствительным рычагом и способна вращаться вокруг оси, проходящей через полупроводниковый элемент Холла, средства измерений включают в себя средства измерения напряжения на датчике Холла, подключенные к выходам датчика Холла. Unlike the prototype, the rotation angle sensor is made in a sealed enclosure and includes a pair of permanent magnets and a Hall sensor located in the gap between these magnets, the Hall sensor includes a Hall semiconductor element and electrical leads connected to it, which are inputs and outputs of the Hall sensor , a pair of magnets is kinematically connected with a sensitive lever and is able to rotate around an axis passing through the Hall semiconductor element, measuring instruments include voltage measuring instruments eniya Hall sensor connected to the output of the Hall sensor.
Датчик угла поворота на основе элемента Холла, чувствительного к повороту пары магнитов вокруг оси, проходящей через полупроводниковый элемент Холла, позволяет избежать проблем, связанных с нестабильностью контактов в потенциометрах. The rotation angle sensor based on the Hall element, which is sensitive to the rotation of a pair of magnets around an axis passing through the semiconductor Hall element, avoids the problems associated with the instability of contacts in potentiometers.
Исполнение датчика в герметичном корпусе позволяет избежать попадания железосодержащего мусора в транспортируемой среде в рабочую область датчика между магнитами и элементом Холла. Используемые в датчике постоянные магниты не требуют энергопотребления от источника питания, емкость которого ограничена, а расположение элемента Холла в зазоре между магнитами позволяет получать напряжение на выходах элемента Холла, пропорциональное углу между линиями однородного магнитного поля в зазоре магнитов и нормалью к плоскости полупроводникового элемента Холла. The design of the sensor in a sealed enclosure avoids the ingress of iron-containing debris in the transported medium into the working area of the sensor between the magnets and the Hall element. The permanent magnets used in the sensor do not require power consumption from a power source, the capacity of which is limited, and the location of the Hall element in the gap between the magnets allows one to obtain a voltage at the outputs of the Hall element proportional to the angle between the lines of a uniform magnetic field in the magnet gap and the normal to the plane of the Hall semiconductor element.
При контроле трубопроводов с большой скоростью (до 10 м/с), особенно при контроле газопроводов, дефекты (особенности) профиля трубопровода, в частности сужения, гофры, приводят к резкому изменению скорости движения профилемера внутри трубопровода, в результате чего при контакте с дефектами трубопровода чувствительные рычаги поворачиваются с разной угловой скоростью в зависимости от линейной скорости профилемера. Наличие зависимости выходного сигнала датчика Холла (с учетом наводок в электрических выводах) от частоты переменного магнитного поля приводит к тому, что в зависимости от скорости поворота чувствительного рычага одинаковые дефекты (особенно посторонние предметы на внутренней поверхности трубопровода) и им подобные вызывают различные значения на выходах датчика Холла. When monitoring pipelines with a high speed (up to 10 m / s), especially when monitoring pipelines, defects (features) in the profile of the pipeline, in particular narrowing, corrugations, lead to a sharp change in the speed of the profiler inside the pipeline, resulting in contact with pipeline defects sensitive levers rotate at different angular speeds depending on the linear speed of the profiler. The presence of a dependence of the output signal of the Hall sensor (taking into account interference in the electrical leads) on the frequency of an alternating magnetic field leads to the fact that, depending on the speed of rotation of the sensitive lever, the same defects (especially foreign objects on the inner surface of the pipeline) and the like cause different values at the outputs Hall sensor.
Датчик Холла представляет собой четырехполюсник - фильтр нижних частот (магнитного поля), полоса пропускания которого лежит в области от нуля до частоты среза. The Hall sensor is a four-terminal - a low-pass filter (magnetic field), the passband of which lies in the region from zero to the cutoff frequency.
В заявленном изобретении частота среза магнитного поля датчика Холла не менее 200 Гц. In the claimed invention, the cutoff frequency of the magnetic field of the Hall sensor is not less than 200 Hz.
Как показали испытания заявленных профилемеров на типоразмер трубопроводов от 10" до 56" при скорости профилемера до 10 м/с, указанные признаки позволяют выполнять измерения дефектов профиля в сечении трубопровода с погрешностью не более 1% диаметра трубопровода. Полученные данные подтверждаются несколькими измерениями с разной средней скоростью профилемера внутри одного трубопровода, при вырезании дефектных участков трубопровода, путем контроля того же трубопровода (при регистрации профилемером дефектов, допускающих ультразвуковую или магнитную внутритрубную диагностику) с помощью ультразвуковых и магнитных внутритрубных дефектоскопов. As tests of the declared profilers for pipe sizes from 10 "to 56" at a profiler speed of up to 10 m / s showed that these signs allow the measurement of profile defects in the cross section of the pipeline with an error of not more than 1% of the diameter of the pipeline. The data obtained are confirmed by several measurements with different average speed of the profiler inside one pipeline, when cutting out defective sections of the pipeline, by monitoring the same pipeline (when the profiler detects defects that allow ultrasonic or magnetic in-line diagnostics) using ultrasonic and magnetic in-line flaw detectors.
На корпусе профилемера установлен по крайней мере один пояс датчиков угла поворота, установленных по периметру корпуса вокруг главной оси трубопровода, каждый из чувствительных рычагов кинематически связан с соответствующим ему датчиком угла поворота. At least one belt of rotation angle sensors mounted on the perimeter of the housing around the main axis of the pipeline is installed on the profiler housing, each of the sensitive levers is kinematically connected to its corresponding rotation angle sensor.
Источник питания включает в себя источник постоянного тока, подключенный к входам датчика Холла. The power source includes a direct current source connected to the inputs of the Hall sensor.
Использование датчика Холла позволяет избежать контактных явлений, неизбежно возникающих при активной работе реостатных датчиков угла поворота; использование датчика Холла постоянного тока и постоянных магнитов позволяет значительно снизить потребляемую мощность датчика угла поворота по сравнению с индукционным датчиком переменного тока, что особенно существенно для профилемера со значительным числом чувствительных рычагов и датчиков угла поворота и нескольких поясов рычагов. The use of the Hall sensor avoids contact phenomena that inevitably arise during the active operation of rheostatic angle sensors; the use of a DC Hall sensor and permanent magnets can significantly reduce the power consumption of the angle sensor compared to an AC induction sensor, which is especially important for a profiler with a significant number of sensitive levers and angle sensors and several lever belts.
Датчик Холла расположен в зазоре между взаимно параллельными плоскостями указанной пары магнитов, магниты ориентированы друг к другу полюсами противоположной полярности. The Hall sensor is located in the gap between mutually parallel planes of the indicated pair of magnets, the magnets are oriented to each other by poles of opposite polarity.
Указанные магниты выполнены из сплава неодим-железо-бор, величина зазора между магнитами составляет не более 0,7 наименьшей протяженности зазора вдоль параллельных плоскостей магнитов. These magnets are made of an alloy of neodymium-iron-boron, the gap between the magnets is not more than 0.7 of the smallest length of the gap along the parallel planes of the magnets.
Магниты из указанного материала с зазором в указанных пределах, образуемым взаимно параллельными плоскостями, ориентированные указанным образом, обеспечивают однородность магнитного поля, которая в свою очередь среди прочих факторов определяет линейность и стабильность калибровки датчика угла поворота. Magnets from the specified material with a gap within the specified limits formed by mutually parallel planes oriented in the specified manner ensure the uniformity of the magnetic field, which in turn determines, among other factors, the linearity and stability of the calibration of the rotation angle sensor.
Магнитная индукция в указанном зазоре составляет не менее 0,2 Тл. Magnetic induction in the specified gap is at least 0.2 T.
Датчики Холла как полупроводниковые приборы характеризуются высокой температурной чувствительностью. При контроле трубопроводов протяженностью более 300 км изменения температуры транспортируемой среды могут составлять более 20oC, это особенно характерно для контроля газопроводов, где изменения температуры в результате сжатия и расширения транспортируемых газов при прохождении профилемером участков переменного сечения контролируемых трубопроводов могут составлять несколько десятков градусов. Большинство датчиков Холла имеют обратную зависимость магнитной чувствительности от температурного коэффициента магнитной чувствительности. Магнитное поле в указанных пределах магнитной индукции позволяет использовать датчики Холла не с самыми большими значениями магнитной чувствительности, сохраняя при этом температурную стабильность измерений, достаточную для измерений профиля магистрального трубопровода при реально возникающих колебаниях температуры.Hall sensors as semiconductor devices are characterized by high temperature sensitivity. When monitoring pipelines with a length of more than 300 km, changes in the temperature of the transported medium can be more than 20 o C, this is especially true for monitoring pipelines, where temperature changes as a result of compression and expansion of transported gases when the profiler passes sections of a variable cross-section of controlled pipelines can be several tens of degrees. Most Hall sensors have an inverse relationship between magnetic sensitivity and temperature coefficient of magnetic sensitivity. A magnetic field within the indicated limits of magnetic induction allows the use of Hall sensors not with the highest values of magnetic sensitivity, while maintaining the temperature stability of the measurements sufficient to measure the profile of the main pipeline with really occurring temperature fluctuations.
Частота среза магнитного поля датчика Холла не более 50 кГц. The cutoff frequency of the magnetic field of the Hall sensor is not more than 50 kHz.
Использование датчиков Холла с полосой пропускания (частоты магнитного поля) до указанного значения частоты среза характеризуется незначительным энергопотреблением, достаточным для ограничения термоэлектрических и термомагнитных эффектов с учетом величины магнитной индукции в зазоре между магнитами и внешних колебаний температуры. The use of Hall sensors with a passband (magnetic field frequency) to the indicated cutoff frequency is characterized by low energy consumption, sufficient to limit thermoelectric and thermomagnetic effects, taking into account the magnitude of the magnetic induction in the gap between the magnets and external temperature fluctuations.
В развитие изобретения частота среза магнитного поля датчика Холла 1-5 кГц, магнитная индукция в зазоре между магнитами не менее 0,8 Тл. In development of the invention, the cutoff frequency of the magnetic field of the Hall sensor is 1-5 kHz, the magnetic induction in the gap between the magnets is at least 0.8 T.
Ось чувствительного рычага, соединяющая ось вращения рычага с ближайшей точкой касания рычага с внутренней поверхностью трубопровода номинального диаметра в плоскости, проходящей через главную ось трубопровода, образует угол 60-80o с главной осью трубопровода.The axis of the sensitive lever connecting the axis of rotation of the lever with the nearest touch point of the lever with the inner surface of the pipeline of nominal diameter in a plane passing through the main axis of the pipeline forms an angle of 60-80 o with the main axis of the pipeline.
Минимальный угол, который образует указанная ось рычага с главной осью трубопровода при повороте чувствительного рычага, составляет не более 15o.The minimum angle that the specified axis of the lever forms with the main axis of the pipeline when the sensitive lever is rotated is not more than 15 o .
При повороте чувствительного рычага в указанных ранее пределах угол между нормалью к плоскости полупроводникового элемента Холла и направлением магнитного поля изменяется на 60-120o.When the sensitive lever is rotated within the previously indicated limits, the angle between the normal to the plane of the Hall semiconductor element and the direction of the magnetic field changes by 60-120 o .
Указанный диапазон угла поворота чувствительного рычага и соответствующий диапазон изменения угла между нормалью к плоскости полупроводникового элемента Холла и направлением магнитного поля позволяет повысить в сравнении с прототипом эффективность использования узла, включающего чувствительный рычаг и датчик угла поворота, и довести до значения, близкого к максимальному (коэффициенты преобразования "линейный размер дефекта в сечении трубопровода - угол поворота чувствительного рычага", "угол поворота чувствительного рычага - угол поворота датчика Холла", "угол поворота датчика Холла - измеряемый потенциал на выходах датчика Холла"). The indicated range of the angle of rotation of the sensitive lever and the corresponding range of the angle between the normal to the plane of the Hall semiconductor element and the direction of the magnetic field can increase the efficiency of using a node including the sensitive lever and the sensor of the angle of rotation in comparison with the prototype and bring it to a value close to the maximum (coefficients transformations "linear defect size in the cross section of the pipeline - angle of rotation of the sensitive lever", "angle of rotation of the sensitive lever - angle n Hall sensor overshot "," Hall sensor rotation angle - measured potential at the Hall sensor outputs ").
Свободный конец чувствительного рычага выполнен из полимерного материала, поверхность полимерной части рычага в месте контакта с внутренней поверхностью трубопровода образует контактную площадку. The free end of the sensitive lever is made of a polymer material, the surface of the polymer part of the lever in contact with the inner surface of the pipeline forms a contact area.
В условиях движения внутри трубопровода с переменной скоростью 1-10 м/с и столкновения чувствительного рычага с закрепленным внутри трубы инородным телом значительный угол между указанной ранее осью рычага и главной осью трубопровода приводит к увеличению ударных нагрузок на рычаг и соответствующему увеличению деформаций рычага, что приводит к накоплению ошибки измерения дефектов по мере продвижения профилемера внутри трубопровода. Снижение способности рычага деформироваться приводит к повышению вероятности повреждения и нарушения целостности трубопровода в результате неразрушающего контроля. Использование чувствительных рычагов, свободные концы которых выполнены из полимерного материала, позволяет разрешить указанные противоречия. In conditions of movement inside the pipeline with a variable speed of 1-10 m / s and collision of the sensitive lever with a foreign body fixed inside the pipe, a significant angle between the previously specified axis of the lever and the main axis of the pipeline leads to an increase in shock loads on the lever and a corresponding increase in the deformation of the lever, which leads to to the accumulation of error in measuring defects as the profiler advances inside the pipeline. Reducing the ability of the lever to deform leads to an increase in the likelihood of damage and violation of the integrity of the pipeline as a result of non-destructive testing. The use of sensitive levers, the free ends of which are made of a polymer material, allows you to resolve these contradictions.
Протяженность контактной площадки в направлении главной оси трубопровода составляет 0,015-0,06 диаметра трубопровода. The length of the contact area in the direction of the main axis of the pipeline is 0.015-0.06 of the diameter of the pipeline.
Уменьшение поверхности площадки приводит к увеличению давления на площадку и соответствующему повреждению свободного конца рычага, в частности повышенному стиранию полимерного материала. Увеличение протяженности контактной площадки увеличивает длину от оси вращения до самой удаленной точки касания рычага поверхности трубопровода, что снижает точность измерения величины локального выступа на поверхности трубы, когда рычаг соскальзывает с выступа на поверхность трубопровода номинального диаметра в процессе движения профилемера внутри трубопровода, кроме того, увеличение длины приводит к увеличению вращательного момента, действующего на рычаг под действием силы тяжести относительно оси вращения рычага, что особенно существенно при контроле участков магистральных трубопроводов, ориентированных под значительным углом к уровню моря, в частности, в горной местности. Reducing the surface of the site leads to an increase in pressure on the site and the corresponding damage to the free end of the lever, in particular, increased abrasion of the polymer material. An increase in the length of the contact pad increases the length from the axis of rotation to the farthest point of contact of the lever of the pipe surface, which reduces the accuracy of measuring the local protrusion on the pipe surface when the lever slides from the protrusion to the pipe surface of a nominal diameter during the movement of the profiler inside the pipeline, in addition, length leads to an increase in the torque acting on the lever under the action of gravity relative to the axis of rotation of the lever, which is especially uschestvenno at the control sites of pipelines, oriented at a considerable angle to the sea level, in particular in mountainous areas.
Учитывая указанные обстоятельства, оптимальный момент силы, действующий на рычаг со стороны пружин или пружины при прижиме рычага к стенке трубопровода, не превышает 20 Н·м, сила прижима рычага к внутренней стенке трубопровода по нормали к стенке не превышает 30 Н. Given these circumstances, the optimal moment of force acting on the lever from the side of the springs or the spring when the lever is pressed against the wall of the pipeline does not exceed 20 N · m, the pressure force of the lever to the inner wall of the pipeline normal to the wall does not exceed 30 N.
В развитие изобретения момент силы, действующий на рычаг при прижиме рычага к стенке трубопровода, составляет 10-15 Н·м, а сила прижима рычага к внутренней стенке трубопровода по нормали к стенке составляет 10-20 Н. In development of the invention, the moment of force acting on the lever when the lever is pressed against the wall of the pipeline is 10-15 N · m, and the pressure force of the lever to the inner wall of the pipeline along the normal to the wall is 10-20 N.
Исполнение профилемера с указанными параметрами позволяет использовать рычаги в процессе нескольких диагностических пропусков, так что суммарная длина магистрального трубопровода, контролируемого без смены рычагов, превышает 1000 км. The performance of the profiler with the specified parameters allows the use of levers in the process of several diagnostic passes, so that the total length of the main pipeline, controlled without changing levers, exceeds 1000 km.
Датчик Холла закреплен на корпусе датчика угла поворота, металлическая часть чувствительного рычага кинематически связана с установленным на корпусе профилемера датчиком угла поворота с помощью шатуна, соединяющего рычаг датчика угла поворота со звеном чувствительного рычага, противолежащим звену, образуемому свободным концом чувствительного рычага. The Hall sensor is mounted on the housing of the rotation angle sensor, the metal part of the sensitive lever is kinematically connected to the rotation angle sensor installed on the profiler housing using a connecting rod connecting the rotation angle sensor lever with the sensor link link, which is opposite the link formed by the free end of the sensor lever.
Использование кинематической передачи позволяет конструктивно разносить рычаг и датчик угла поворота, что неизбежно для профилемеров, предназначенных для контроля трубопроводов малого диаметра, например 12". Кроме того, кинематическая передача позволяет варьировать коэффициент передачи угла поворота рычага к углу поворота датчика угла поворота в зависимости от конструктивных ограничений на длину и угол поворота рычага, с одной стороны, и ограничения на точность измерения угла датчиком угла поворота в автоматическом режиме при высоких давлениях эксплуатации до 80 атм и действии агрессивной среды, с другой стороны. Using a kinematic transmission allows structurally distributing the lever and the angle sensor, which is inevitable for profilers designed to control small pipelines, for example 12 ". In addition, the kinematic transmission allows you to vary the transmission coefficient of the angle of rotation of the lever to the angle of rotation of the angle sensor depending on the design restrictions on the length and angle of rotation of the lever, on the one hand, and restrictions on the accuracy of measuring the angle by the angle sensor in automatic mode at high Operating pressures up to 80 atm and the action of aggressive media, on the other hand.
Профилемер включает в себя датчик температуры, по крайней мере две манжеты, установленные на корпусе по разные стороны от пояса рычагов, диаметр указанных манжет не меньше номинального диаметра трубопровода, датчик температуры установлен на корпусе профилемера между указанными манжетами. The profiler includes a temperature sensor, at least two cuffs mounted on the body on opposite sides of the lever belt, the diameter of the specified cuffs is not less than the nominal diameter of the pipeline, the temperature sensor is installed on the casing of the profiler between the specified cuffs.
Записанные средствами хранения измеренных данных данные температуры от датчика температуры позволяют после выполнения пропуска откорректировать данные показаний датчика угла поворота с учетом температурной зависимости показаний датчика угла поворота. The temperature data from the temperature sensor recorded by the means for storing the measured data allows, after completing the pass, to correct the data of the readings of the angle sensor with the temperature dependence of the readings of the angle sensor.
Чувствительные рычаги установлены на корпусе в виде двух поясов на некотором удалении один от другого по главной оси трубопровода, ширина рычага в месте контакта с внутренней поверхностью трубопровода по периметру в сечении трубопровода составляет 0,05-0,2 диаметра трубопровода, на каждом из поясов рычаги установлены по периметру вокруг главной оси трубопровода с регулярными промежутками между рычагами, равными 0,8-1,0 ширины рычага в месте касания рычага с внутренней поверхностью трубопровода, пояса ориентированы между собой со смещением вокруг главной оси трубопровода, так что рычаги двух поясов полностью перекрывают внутреннюю поверхность трубопровода. Sensitive levers are installed on the body in the form of two belts at some distance from each other along the main axis of the pipeline, the width of the lever at the point of contact with the inner surface of the pipeline around the perimeter in the cross section of the pipeline is 0.05-0.2 pipe diameters, on each of the belts are installed around the perimeter around the main axis of the pipeline with regular intervals between the levers equal to 0.8-1.0 of the width of the lever at the point of contact of the lever with the inner surface of the pipeline, the belts are oriented with offset DC main axis of the pipeline so that the levers of two zones completely cover the inner surface of the pipeline.
Такая конструкция исключает возможность необнаружения элементов небольшого размера в сечении трубопровода, углубляющихся внутрь трубопровода и представляющих опасность для ультразвуковых или магнитных внутритрубных дефектоскопов, которые могут использоваться для контроля состояния материала стенки трубопроводов после выполнения контроля профиля трубопровода с помощью заявленного профилемера. This design eliminates the possibility of non-detection of small elements in the cross section of the pipeline, deepening inside the pipeline and posing a danger to ultrasonic or magnetic in-line flaw detectors, which can be used to monitor the condition of the material of the wall of the pipelines after checking the profile of the pipeline using the declared profiler.
Перед поясом рычагов в направлении от носовой части корпуса профилемера установлена эластичная манжета диаметром не менее 0,8 диаметра трубопровода, расстояние между плоскостью указанной манжеты в сечении наибольшего диаметра и ближайшей к указанной манжете плоскостью рычагов, перпендикулярной главной оси трубопровода и проходящей через точки касания указанных рычагов с внутренней поверхностью трубопровода, составляет 0,1-0,2 диаметра трубопровода. An elastic cuff with a diameter of at least 0.8 pipe diameters, a distance between the plane of the cuff in the cross section of the largest diameter and the plane of levers closest to the specified cuff, perpendicular to the main axis of the pipeline and passing through the points of contact of the levers with the inner surface of the pipeline, is 0.1-0.2 of the diameter of the pipeline.
Под диаметром трубопровода понимается номинальный внутренний диаметр контролируемого трубопровода. Pipeline diameter refers to the nominal internal diameter of the pipeline being monitored.
Использование манжеты с указанными параметрами позволяет в достаточной степени амортизировать столкновение корпуса профилемера с локальными дефектами на внутренней поверхности трубопровода и вместе с тем избежать отклонения рычагов под действием деформированной манжеты и снизить ударные нагрузки на рычаги и элементы конструкции трубопровода соответственно. The use of a cuff with the indicated parameters makes it possible to sufficiently absorb the collision of the profiler body with local defects on the inner surface of the pipeline and at the same time avoid deflection of the levers under the action of the deformed cuff and reduce shock loads on the levers and structural elements of the pipeline, respectively.
Основной технический результат, получаемый в результате реализации заявленного изобретения - повышение надежности и стабильности измерений профиля трубопровода, особенно при контроле полости магистральных газопроводов при наличии в полости посторонних предметов и подобных дефектов профиля полости контролируемого трубопровода. The main technical result obtained as a result of the implementation of the claimed invention is to increase the reliability and stability of measurements of the pipeline profile, especially when monitoring the cavity of main gas pipelines in the presence of foreign objects and similar defects in the cavity profile of the controlled pipeline.
На фиг. 1 изображен внутритрубный профилемер в общем виде;
на фиг. 2 изображена часть внутритрубного профилемера в разрезе с установленными чувствительными рычагами, датчиками Холла и датчиком температуры;
на фиг. 3 изображена часть внутритрубного профилемера в разрезе с установленными чувствительными рычагами, датчиками Холла и датчиком температуры, вид со стороны носовой части профилемера;
на фиг. 4 изображена схема, иллюстрирующая результаты обработки данных, полученных в результате диагностического пропуска заявленного внутритрубного профилемера.In FIG. 1 shows an in-line profiler in general form;
in FIG. 2 shows a part of an in-line profiler in a section with installed sensitive levers, Hall sensors and a temperature sensor;
in FIG. 3 shows a part of an in-line profiler in a section with installed sensitive levers, Hall sensors and a temperature sensor, view from the side of the nose of the profiler;
in FIG. 4 is a diagram illustrating the results of processing data obtained as a result of a diagnostic pass of the claimed in-line profiler.
В процессе исследований, направленных на поиск решений, позволяющих повысить надежность работы внутритрубных профилемеров на сверхбольших дистанциях магистральных трубопроводов более 300 км, изготовлена серия внутритрубных профилемеров для обследования полости трубопроводов номинальным диаметром от 10" до 56". В результате исследований была найдена схема расположения и параметры датчиков угла поворота на основе постоянных магнитов и датчиков Холла, при которых решается поставленная задача. Разработанные профилемеры выдерживают давление среды до 80 атм, имеют проходимость около 75% диаметра трубопровода, работают при температурах от -15oC до +50oC, минимальный проходимый радиус поворота около 1,5 диаметра трубопровода. В профилемерах реализованы виды взрывозащиты "Взрывонепроницаемая оболочка", "Искробезопасная электрическая цепь", "Специальный вид взрывозащиты". Погрешность измерения поперечного сечения трубопровода не более 1% номинального диаметра трубопровода, погрешность определения местоположения дефекта на трубопроводе не более 25 см, средний ток потребления аппаратуры профилемеров не более 500 мА.In the course of research aimed at finding solutions to improve the reliability of the in-line profilers at very large distances of trunk pipelines of more than 300 km, a series of in-line profilers was made to examine the cavity of pipelines with a nominal diameter of 10 "to 56". As a result of the studies, the location scheme and parameters of the angle sensors based on permanent magnets and Hall sensors were found, in which the task is solved. The developed profilers withstand pressure of up to 80 atm, have a throughput of about 75% of the diameter of the pipeline, operate at temperatures from -15 o C to +50 o C, the minimum passable turning radius of about 1.5 of the diameter of the pipeline. In the profilers, the types of explosion protection “Flameproof enclosure”, “Intrinsically safe electrical circuit”, and “Special type of explosion protection” are implemented. The error in measuring the cross section of the pipeline is not more than 1% of the nominal diameter of the pipeline, the error in determining the location of a defect in the pipeline is not more than 25 cm, the average current consumption of the profiler equipment is not more than 500 mA.
Так, профилемер для обследования трубопровода диаметром 48" включает в себя: корпус 1 фиг. 1 для пропуска внутри трубопровода, позицией 2 на фиг. 1 показана носовая часть 2 корпуса профилемера (бампер), на корпусе установлены первый 3 и второй 4 пояс чувствительных рычагов, прижимаемых к внутренней поверхности трубопровода. Каждый пояс включает в себя 16 чувствительных рычагов. В процессе движения профилемера внутри трубопровода рычаги скользят по внутренней поверхности трубопровода. На корпусе установлены одометр 5 для измерения длины пройденного внутри трубопровода пути и электромагнитный маркерный приемопередатчик 6 для уточнения положения профилемера внутри трубопровода. На корпусе 1 профилемера установлены полиуретановые манжеты (в направлении от носовой части 2 профилемера): первая 7, вторая 8, третья 9, четвертая 10. Поверхность 11 манжет контактирует с внутренней поверхностью трубопровода и образует сплошную контактную площадку протяженностью 0,08 номинального диаметра трубопровода вдоль оси трубопровода. В положении профилемера вне трубопровода диаметр 12 манжет в сечении 13 наибольшего диаметра составляет 1,022 номинального диаметра трубопровода. Манжеты обеспечивают центровку корпуса профилемера в трубопроводе и продвижение профилемера, создавая перепад давления транспортируемой среды перед корпусом и после корпуса профилемера. На участке трубопровода номинального диаметра ось симметрии корпуса (главная ось корпуса профилемера) совпадает с главной осью контролируемого трубопровода. Корпус включает в себя герметичные оболочки, в которых установлен источник питания, а также средства измерений, обработки и хранения получаемых данных измерений на основе бортового компьютера, управляющего работой профилемера в процессе его продвижения внутри трубопровода. В качестве источника питания устанавливаются аккумуляторные батареи или батареи гальванических элементов емкостью до 300 А·ч. So, the profiler for examining a pipeline with a diameter of 48 "includes: body 1 of Fig. 1 for passage inside the pipeline, position 2 in Fig. 1 shows the nose 2 of the body of the profiler (bumper), the first 3 and second 4 belt of sensitive levers are installed on the body pressed to the inner surface of the pipeline. Each belt includes 16 sensitive levers. During the movement of the profiler inside the pipeline, the levers slide on the inner surface of the pipeline. An odometer 5 is installed on the body to measure the length passed inside the pipeline, and an electromagnetic marker transceiver 6 for determining the position of the profiler inside the pipeline. Polyurethane cuffs are installed on the profiler case 1 (in the direction from the nose of the profiler 2): first 7, second 8, third 9, fourth 10. The
Носовая часть корпуса профилемера с установленной на нем первой от носовой части манжетой образует глухую стенку, область транспортируемой среды между первой и второй манжетами сообщается с областью транспортируемой среды после второй манжеты через сквозные отверстия во второй манжете. Во второй манжете выполнены 8 сквозных отверстий диаметром 20 мм каждое. Суммарное проходное сечение отверстий во второй манжете составляет 0,002 проходного сечения контролируемого трубопровода номинального диаметра. The nose part of the profiler case with the cuff installed on it from the nose part forms a blind wall, the region of the transported medium between the first and second cuffs communicates with the region of the transported medium after the second cuff through the through holes in the second cuff. The second cuff has 8 through holes with a diameter of 20 mm each. The total bore of the holes in the second cuff is 0.002 bore of the controlled pipeline of nominal diameter.
Область транспортируемой среды между второй и третьей манжетами сообщается с областью транспортируемой среды после третьей манжеты через сквозные отверстия в третьей манжете. В третьей манжете выполнены 4 сквозных отверстия диаметром 35 мм каждое, суммарное проходное сечение указанных отверстий в третьей манжете составляет 0,003 проходного сечения контролируемого трубопровода номинального диаметра. The region of the transported medium between the second and third cuffs communicates with the region of the transported medium after the third cuff through the through holes in the third cuff. In the third cuff, 4 through holes with a diameter of 35 mm each are made, the total bore of these holes in the third cuff is 0.003 bore of the monitored pipeline of nominal diameter.
Область транспортируемой среды между третьей и четвертой манжетами сообщается с областью транспортируемой среды после четвертой манжеты через сквозные отверстия в четвертой манжете. В четвертой манжете выполнены 8 сквозных отверстий диаметром 25 мм каждое, суммарное проходное сечение указанных отверстий в четвертой манжете составляет 0,003 проходного сечения контролируемого трубопровода номинального диаметра. The area of the transported medium between the third and fourth cuffs communicates with the area of the transported medium after the fourth cuff through the through holes in the fourth cuff. In the fourth cuff, there are 8 through holes with a diameter of 25 mm each, the total bore of the indicated holes in the fourth cuff is 0.003 of the bore of the monitored pipeline of nominal diameter.
Ближайшие одна от другой плоскости, проходящие через точки контакта первой и второй манжет с внутренней поверхностью трубопровода в сечении трубопровода, обозначены 13 и 14. Расстояние между указанными плоскостями составляет 0,43 номинального диаметра трубопровода. The planes closest to one another, passing through the contact points of the first and second cuffs with the inner surface of the pipeline in the cross section of the pipeline, are designated 13 and 14. The distance between these planes is 0.43 of the nominal diameter of the pipeline.
На фиг. 2 позицией 21 показано направление движения профилемера внутри трубопровода. Каждый из чувствительных рычагов 22 кинематически связан с соответствующим датчиком угла поворота 28. Чувствительный рычаг 22 укреплен на корпусе профилемера на оси вращения 23 и прижимается к внутренней поверхности трубопровода пружиной 24. Звено чувствительного рычага 25, противолежащее свободному концу чувствительного рычага, кинематически связано через шатун 26 с рычагом 27 датчика угла поворота 28, установленного на корпусе профилемера. Датчик угла поворота 28 подключен с помощью электрических кабелей 29 к источнику постоянного тока и к средствам измерения напряжения на датчике Холла, установленным в электронном модуле 210, выполненном в герметичной оболочке. Датчик угла поворота 28 преобразует угол поворота рычага 22 в напряжение. Датчик температуры 211 установлен в том же фланце 212 корпуса профилемера, на котором установлены датчики угла поворота 28. Фланец 212 контактирует с транспортируемой средой в области между второй и третьей манжетами. Фланец второго пояса чувствительных рычагов контактирует с транспортируемой средой в области между третьей и четвертой манжетами. In FIG. 2, numeral 21 shows the direction of movement of the profiler inside the pipeline. Each of the
Используется датчик температуры Analog Devices AD22100 с диапазоном измеряемой температуры до 200oC, погрешностью измерения температуры не более ±2% на всей шкале, линейностью не хуже ±1% на всей шкале, температурным коэффициентом 22,5 мВ/oC. Входы датчика температуры подключены к источнику постоянного тока, выходы датчика температуры подключены к измерителю напряжения на датчике температуры, подключенному в свою очередь к бортовому компьютеру.An Analog Devices AD22100 temperature sensor is used with a temperature range of up to 200 o C, a temperature measurement error of not more than ± 2% on the whole scale, linearity not worse than ± 1% on the whole scale, with a temperature coefficient of 22.5 mV / o C. Temperature sensor inputs connected to a constant current source, the outputs of the temperature sensor are connected to a voltage meter on the temperature sensor, which in turn is connected to the on-board computer.
На корпусе профилемера установлены два датчика температуры, расстояние между указанными датчиками в проекции на главную ось корпуса профилемера составляет 0,5 номинального диаметра трубопровода. Один из датчиков температуры установлен на корпусе профилемера 1 вблизи пояса рычагов 3 между манжетами 8 и 9, другой датчик температуры установлен на корпусе 1 вблизи пояса рычагов 4 между манжетами 9 и 10. Каждый из датчиков температуры и датчики угла поворота соответствующего ему пояса чувствительных рычагов установлены на общем стальном фланце корпуса профилемера, контактирующем с транспортируемой средой. Датчики температуры установлены в отверстиях в указанных фланцах и залиты компаундом. Two temperature sensors are installed on the profiler case, the distance between the specified sensors in the projection on the main axis of the profiler case is 0.5 of the nominal diameter of the pipeline. One of the temperature sensors is installed on the body of the profiler 1 near the belt of levers 3 between the
Датчик угла поворота выполнен в герметичном металлическом корпусе и включает в себя пару постоянных магнитов и датчик Холла, расположенный в зазоре между магнитами. Герметичность корпуса датчика обеспечивается полимерной прокладкой между подвижными частями датчика и мембраной. Пара магнитов кинематически связана с чувствительным рычагом и способна вращаться вокруг оси, проходящей через датчик Холла, источник постоянного тока подключен к входам датчика Холла, измеритель напряжения на датчике Холла подключен к выходам датчика Холла. The angle sensor is made in a sealed metal case and includes a pair of permanent magnets and a Hall sensor located in the gap between the magnets. The tightness of the sensor housing is ensured by a polymer gasket between the moving parts of the sensor and the membrane. A pair of magnets is kinematically connected with a sensitive lever and can rotate around an axis passing through the Hall sensor, a DC source is connected to the inputs of the Hall sensor, a voltage meter on the Hall sensor is connected to the outputs of the Hall sensor.
Частота среза магнитного поля используемого элемента Холла около 5 кГц. Магниты выполнены из сплава неодим-железо-бор, между взаимно параллельными плоскостями магнитов формируется однородное магнитное поле, магнитная индукция в зазоре составляет 0,9-1Тл. Металлический корпус датчика включает в себя немагнитную и магнитную части, магнитная часть корпуса датчика выполнена из стали 10, немагнитная часть корпуса датчика выполнена из нержавеющей стали. Немагнитная часть жестко закреплена на корпусе профилемера, в магнитной части закреплены магниты, магнитная часть корпуса датчика кинематически связана с чувствительным рычагом и способна вращаться вместе с указанными магнитами относительно немагнитной части корпуса датчика. Немагнитная часть корпуса датчика включает в себя металлический стакан, расположенный в зазоре между магнитами, полупроводниковый элемент Холла расположен внутри металлического стакана и залит эпоксидным компаундом. Зазор между внешней поверхностью стакана и магнитами заполнен маслом, толщина стенки стакана 0,8-2,0 мм (предпочтительно 1,5 мм). Указанный стакан помещен в бронзовую втулку (возможна латунная), так что зазор между внешней поверхностью стакана и внутренней поверхностью втулки составляет 0,2-0,4 мм (предпочтительно 0,3 мм), магниты опираются на внешнюю поверхность втулки. Датчик угла поворота выдает на выходе напряжение, прямо пропорциональное углу поворота рычага датчика угла поворота, так что относительное отклонение от пропорциональности не превышает 1%. The cutoff frequency of the magnetic field of the used Hall element is about 5 kHz. The magnets are made of a neodymium-iron-boron alloy, a uniform magnetic field is formed between the mutually parallel planes of the magnets, the magnetic induction in the gap is 0.9-1T. The metal housing of the sensor includes non-magnetic and magnetic parts, the magnetic part of the sensor body is made of
Используется датчик Холла с магнитной чувствительностью 300-350 мкВ/мТл, напряжением неэквипотенциальности не более 30 мкВ, входным сопротивлением 10-15 Ом, рабочим температурным диапазоном 1,5-500 K, температурным коэффициентом магнитной чувствительности не более 0,05%/град, с размером чувствительной области не более 0,1 мм на 0,1 мм, номинальным током питания 30 мА. A Hall sensor with a magnetic sensitivity of 300-350 μV / mT, a nonequipotential voltage of not more than 30 μV, an input resistance of 10-15 Ohms, an operating temperature range of 1.5-500 K, a temperature coefficient of magnetic sensitivity of not more than 0.05% / deg is used, with the size of the sensitive area not more than 0.1 mm by 0.1 mm, with a rated supply current of 30 mA.
Промежутки 31 фиг. 3 между рычагами составляют 0,9 ширины 32 фиг. 3 рычагов 22 в месте контакта рычага с внутренней поверхностью трубопровода. Пояса ориентированы между собой со смещением по углу вокруг главной оси трубопровода на половину угла между соседними рычагами, так что рычаги двух поясов полностью перекрывают внутреннюю поверхность трубопровода, при этом каждый рычаг второго от носовой части пояса перекрывает соседние рычаги первого пояса на 0,05 ширины рычага второго пояса в сечении трубопровода.
Расстояние между ближайшей к поясу рычагов плоскостью манжеты, проходящей через точки контакта манжеты с внутренней поверхностью трубопровода, установленной перед поясом чувствительных рычагов в направлении от носовой части корпуса профилемера, и плоскостью рычагов, перпендикулярной главной оси трубопровода и проходящей через ближайшие к указанной манжете точки контакта чувствительных рычагов с внутренней поверхностью трубопровода, составляет 0,1 диаметра трубопровода. Свободные концы чувствительных рычагов выполнены из полиуретана на основе 4,4-дифенилметандиизоционата и способны скользить по внутренней поверхности трубопровода. The distance between the cuff plane closest to the lever belt passing through the cuff contact points with the inner surface of the pipeline installed in front of the sensitive lever belt in the direction from the nose of the profiler body and the lever plane perpendicular to the main axis of the pipeline and passing through the contact points of the sensors that are closest to the specified cuff leverage with the inner surface of the pipeline is 0.1 diameter of the pipeline. The free ends of the sensitive levers are made of polyurethane based on 4,4-diphenylmethanediisocyanate and are able to slide along the inner surface of the pipeline.
Средства измерения длины пройденного внутри трубопровода пути выполнены в виде двух одометров, диаметрально противоположно установленных на корпусе, подключенных к счетчикам числа одометрических импульсов, число которых пропорционально измеренной одометрами длине пройденного пути. На корпусе профилемера установлен маятниковый датчик угла поворота корпуса профилемера вокруг главной оси трубопровода, подключенный к средствам измерения профилемера. Means for measuring the length of the path traveled inside the pipeline are made in the form of two odometers diametrically opposed to the body, connected to the counters of the number of odometer pulses, the number of which is proportional to the length of the path traveled by the odometers. A pendulum sensor for the angle of rotation of the body of the profiler around the main axis of the pipeline, connected to the means of measuring the profiler, is installed on the profiler body.
Выходы датчика Холла подключены к входам мультиплексора. Таймер подключен к управляющему входу мультиплексора. Выходы мультиплексора подключены к входам дифференциального усилителя, выходы которого подключены к входам аналого-цифрового преобразователя. Выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к средствам обработки и хранения цифровых данных бортового компьютера. The outputs of the Hall sensor are connected to the inputs of the multiplexer. The timer is connected to the control input of the multiplexer. The outputs of the multiplexer are connected to the inputs of a differential amplifier, the outputs of which are connected to the inputs of an analog-to-digital converter. The outputs of the analog-to-digital converter are connected to the processing and storage of digital data of the on-board computer.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Профилемер помещают в трубопровод и включают перекачку продукта (нефти, газа, нефтепродукта) по трубопроводу. При движении профилемера по трубопроводу рычаги прижимаются к внутренней поверхности трубопровода, при наличии дефекта полости трубопровода соответствующий рычаг отклоняется от своего нормального положения. С помощью датчика угла поворота измеряется угол между рычагом и главной осью трубопровода. Данные измерений обрабатываются и записываются в накопитель бортового компьютера, выполненный на элементах твердотельной памяти. The profiler is placed in the pipeline and includes pumping the product (oil, gas, oil product) through the pipeline. When the profiler moves through the pipeline, the levers are pressed against the inner surface of the pipeline, in the presence of a defect in the cavity of the pipeline, the corresponding lever deviates from its normal position. Using the angle sensor, the angle between the lever and the main axis of the pipeline is measured. The measurement data are processed and recorded in the drive of the on-board computer, made on the elements of solid-state memory.
По завершении контроля заданного участка трубопровода профилемер извлекают из трубопровода и переносят накопленные в процессе диагностического пропуска данные на компьютер вне профилемера. В измеренные данные вносят коррективы с учетом температурных зависимостей датчиков угла поворота на основе датчиков Холла. Upon completion of control of a given section of the pipeline, the profiler is removed from the pipeline and the data accumulated during the diagnostic pass is transferred to a computer outside the profiler. Adjustments are made to the measured data taking into account the temperature dependences of the angle sensors based on Hall sensors.
Последующий анализ записанных данных позволяет сделать вывод о наличии дефектов, идентифицировать их и определить их параметры. Subsequent analysis of the recorded data allows us to conclude that there are defects, identify them and determine their parameters.
На фиг. 4 изображены результаты обработки данных, полученных в результате диагностического пропуска внутритрубного профилемера с типоразмером 48", для некоторого участка магистрального трубопровода. По оси абсцисс L отложена длина трубопровода в метрах, по оси ординат Fi - угол в градусах вокруг главной оси трубопровода, в пределах одного измерительного канала по оси ординат отложено уменьшение расстояния dD от главной оси корпуса до внутренней поверхности трубопровода в плоскости пояса рычагов в масштабе 10 см на одно деление оси ординат. На отображенном участке идентифицируются поперечные сварные швы вблизи отметок 8 м, 10 м и 13 м, шиберная задвижка вблизи отметки 9м, а также вмятина вблизи отметки 14 м. Швы характеризуются характерным локальным сужением по всему периметру в сечении трубопровода, шиберная задвижка - характерным расширением в сечении трубопровода по всему периметру, а вмятина - локальным сужением в сечении трубопровода. In FIG. Figure 4 shows the results of processing the data obtained as a result of a diagnostic pass of an in-line profiler with a size of 48 "for a certain section of the main pipeline. The abscissa axis L represents the length of the pipeline in meters, the ordinate axis Fi represents the angle in degrees around the main axis of the pipeline, within one the measuring channel along the ordinate axis postponed a decrease in the distance dD from the main axis of the housing to the inner surface of the pipeline in the plane of the lever belt at a scale of 10 cm by one division of the ordinate axis. The transverse welds are identified near the female section near the marks of 8 m, 10 m and 13 m, the slide gate valve near the mark of 9 m, as well as a dent near the mark of 14 m. The welds are characterized by a characteristic local narrowing around the entire perimeter in the pipeline section, the gate valve - by a characteristic expansion in the section pipeline around the perimeter, and a dent - a local narrowing in the cross section of the pipeline.
На основании результатов контроля с помощью заявленного внутритрубного профилемера делают заключение о состоянии полости трубопровода и возможности последующего контроля материала стенки трубопровода с помощью ультразвуковых или магнитных внутритрубных дефектоскопов. Based on the results of the control using the declared in-line profiler, a conclusion is made about the condition of the cavity of the pipeline and the possibility of subsequent control of the material of the wall of the pipeline using ultrasonic or magnetic in-line flaw detectors.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000116904A RU2164661C1 (en) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | Intertubular multi-channel profilometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000116904A RU2164661C1 (en) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | Intertubular multi-channel profilometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2164661C1 true RU2164661C1 (en) | 2001-03-27 |
Family
ID=20236944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000116904A RU2164661C1 (en) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | Intertubular multi-channel profilometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2164661C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2543677C1 (en) * | 2013-08-23 | 2015-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Meter of tubular channel bending |
| CN109269397A (en) * | 2018-10-26 | 2019-01-25 | 同人拓丰（北京）科技有限公司 | A kind of ultromotivity device with pipeline geometry deformation detection function |
| RU2690973C1 (en) * | 2018-09-17 | 2019-06-07 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Device for measuring internal profile of pipeline |
| CN110207577A (en) * | 2019-05-29 | 2019-09-06 | 安徽天航机电有限公司 | A kind of elasticity loose rib flatness checking device and its detection method |
-
2000
- 2000-06-30 RU RU2000116904A patent/RU2164661C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2543677C1 (en) * | 2013-08-23 | 2015-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Meter of tubular channel bending |
| RU2690973C1 (en) * | 2018-09-17 | 2019-06-07 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | Device for measuring internal profile of pipeline |
| CN109269397A (en) * | 2018-10-26 | 2019-01-25 | 同人拓丰（北京）科技有限公司 | A kind of ultromotivity device with pipeline geometry deformation detection function |
| CN110207577A (en) * | 2019-05-29 | 2019-09-06 | 安徽天航机电有限公司 | A kind of elasticity loose rib flatness checking device and its detection method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4295092A (en) | Apparatus for and method of detecting and measuring corrosion damage in pipe | |
| CN107907455B (en) | Magnetic induction particle detection device and concentration detection method | |
| US5914596A (en) | Coiled tubing inspection system | |
| US3967194A (en) | Method for flaw location in a magnetizable pipeline by use of magnetic markers positioned outside of said pipeline | |
| US20110095752A1 (en) | Pipeline monitoring apparatus and method | |
| US7038445B2 (en) | Method, system and apparatus for ferromagnetic wall monitoring | |
| EP1360467B1 (en) | Measurement of stress in a ferromagnetic material | |
| US20110301893A1 (en) | Intelligent tool for detecting perforations and interpretation of data online | |
| US4938073A (en) | Expanded range magnetic flow meter | |
| CN102455209B (en) | Turbo flow meter sensor adjustment equipment and method | |
| RU2164661C1 (en) | Intertubular multi-channel profilometer | |
| RU2697007C1 (en) | Device for in-pipe diagnostics of pipeline technical state | |
| RU2176082C1 (en) | Intrapipe magnetic flaw detector | |
| US11287492B2 (en) | Magnetic pig positioning system and method | |
| US9989436B1 (en) | Method and device for detecting the location and magnitude of a leak in a pipe measuring aberrant electromagnetic radiation from within a pipe | |
| RU2163369C1 (en) | Intrapipe flaw detector | |
| EP0554958B1 (en) | Apparatus and method for pipe or tube inspection | |
| KR100638997B1 (en) | Magnetic flux leakage pig and sensor module installed at the magnetic flux leakage | |
| CA2268446A1 (en) | Coiled tubing inspection system | |
| RU15518U1 (en) | INTEGRAL DEFECTOSCOPE (OPTIONS) | |
| RU15223U1 (en) | IN-TUBE MULTI-CHANNEL PROFILEMER (OPTIONS) | |
| CA1304602C (en) | Apparatus for and method of determining liquid flow in open channels and conduits | |
| JP2001349846A (en) | Method for detecting angle in circumferential direction of device for inspecting inside of tube | |
| JP3652346B2 (en) | Flow sensor | |
| WO2020097356A1 (en) | System and method to detect an inline tool in a pipe |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160701 |